氣候變化加劇了極端天氣事件風險，進而對人類健康和食品安全產生重大影響。聯(lián)合國兒童基金會敦促各國在2030年前將二氧化碳排放量減少45%，并將全球平均氣溫升幅控制在1.5°C¹以內。然而，各國政府在實現(xiàn)這一目標過程中卻步履維艱�！堵�(lián)合國氣候變化框架公約》警告稱，照此情形，到本世紀末全球平均氣溫可能會上升2.7攝氏度�？茖W家們表示，氣溫每升高1攝氏度，發(fā)生極端熱浪、洪水和干旱的可能性就越高[1]。
 
在2021年底召開的第26屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP26）上，一系列討論進一步向全球各國組織和政府機構放出緊迫信號——我們必須迅速采取行動，解決主要環(huán)境問題，例如溫室氣體排放量增加等，以及通過開發(fā)替代能源以逐步淘汰煤炭能源。
 
可持續(xù)發(fā)展是安捷倫在業(yè)務運營中所秉持的核心價值觀的核心，為了實現(xiàn)當前的全球氣候目標，安捷倫一直與環(huán)境領域的主要研究人員緊密合作，共同創(chuàng)建一個更清潔、更安全的世界。
 
近日，憑借行業(yè)領先的創(chuàng)新技術，安捷倫全球的客戶正致力開展一系列極具吸引力的項目。我們與其中兩位客戶分別進行了一場深入的對話，他們分別是:
 

• 北京光合新能科技有限公司首席執(zhí)行官兼首席技術官 王琮博士 
• 英國國家物理實驗室（NPL）高級研究科學家 Thomas Bacquart博士

 
 
與王琮博士的對話
 
問：光合新能有哪些研究目標？
答：我們的研究旨在開發(fā)與下一代可再生能源密切相關的技術，同時匯聚來自中國和世界各地的知名專家。我們一直致力于實現(xiàn)等離激元人工光合碳中和燃料的商業(yè)化和產業(yè)化，為世界提供清潔的新型能源，減少二氧化碳排放，創(chuàng)造新的經濟增長機會。
 
問：您所從事的研究將如何造福社會，讓社會朝著更可持續(xù)的生活方式邁進？
答：我們的技術可以實現(xiàn)碳中和的目標，同時實現(xiàn)低成本的能源和材料再生，這對社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過將我們的技術商業(yè)化，相關應用可以吸收大量的二氧化碳，而且一步就可將太陽能和水轉化為低成本的碳中和燃料或原材料。考慮到應對氣候變化問題，這將是一個具有重大意義的過程。
 
問：安捷倫設備在貴司的等離激元人工光合碳中和燃料（Plasmonic Carbon-Neutral-Fuel Artificial Photosynthesis）的研究中發(fā)揮了怎樣的核心作用？
答：氫氣、甲烷和氧氣是等離激元人工光合反應的重要產物。這些產物的產率和生成速率不僅是催化劑和反應條件的良好指標，也是反應機理的良好指標，可從根本上幫助我們了解合成工藝、組成成分等因素對所標示的催化劑的影響。氫氣、甲烷和氧氣都屬于小分子，很難通過傳統(tǒng)的氣相色譜或氣相色譜/質譜系統(tǒng)在較短時間內對它們進行測定。可喜的是，安捷倫Micro GC便攜式微型氣相色譜儀可以快速和同時檢測氣體產物的濃度，因此，在進行連續(xù)反應時，我們可以實時檢測濃度。這些結果對未來的動力學分析有著重要的意義，因此在這個過程中高效的儀器必不可少。
 
問：光合新能將便攜式分析設備作為首選，這對貴司的人工光合研究有何裨益？
答：目前，Micro GC（便攜式微型氣相色譜儀）可以較快提供對氫氣和甲烷檢測的反饋，這在需要對大量樣品進行檢測時尤為有用。此外，Micro GC微型氣相色譜儀的入口對所連接的反應器施加負壓，使氣體樣品能夠從反應器中“抽取”,并在常壓（1大氣壓）和室溫下對反應進行更精確的量化分析。事實上，這種微型氣相色譜儀的分析過程約為2分鐘，準備時間約為10秒，而常規(guī)氣相色譜儀系統(tǒng)（在我們的研究中也被用于測量氫氣和氧氣）的分析過程約為5分鐘，準備時間約為30分鐘。
 
此外，隨著催化劑實現(xiàn)產業(yè)化，氫氣和甲烷可能會成為我們的兩大主要產品。在這種情況下，便攜式設備使我們能夠在無法使用傳統(tǒng)的GC/LC的場景下，分析這些產物的濃度，以便我們可以在工業(yè)環(huán)境中評估其催化活性。
 
問：您希望利用未來的技術來解決貴公司在研究中持續(xù)面臨的哪些挑戰(zhàn)？
答：人工光合碳中和背后的過程非常復雜，我們在其中遇到了許多挑戰(zhàn)。我們面臨的一個關鍵問題是，這種機制包括我們尚未了解的一系列反應。研究這一反應機理是了解反應過程的必要步驟，對于選擇活性高、選擇性高、壽命長的催化劑（甚至包括反應器）等都具有重要的指導意義。然而，一些中間產物（其中大部分是自由基）由于活性過高而難以被“捕捉”，而且非常容易被淬滅，因此使得這類產物的量化面臨著巨大的挑戰(zhàn)。我們希望，在未來，原位檢測技術不僅能夠幫助我們實時測定這些中間產物在液相中的濃度，而且也能夠實時測定其在氣相中的濃度，這樣我們就可以描繪出清晰的人工光合作用機制。
 
問：能否談談您如何看待這一研究領域在未來的發(fā)展前景？
答：目前，我們的等離激元人工光合碳中和燃料的商業(yè)化和產業(yè)化技術主要集中在氫氣和甲烷產物上。未來，我們預計將我們的等離激元催化技術用于從大氣中生產氨、氨基酸和蛋白質�；�于我們目前的了解，這可以通過類似的催化過程來實現(xiàn)，即使用二氧化碳和/或其他普通化學品作為原材料，而生成的產物將被視為“可再生能源”。
 
可再生能源領域和碳中和能源領域高度相關，而等離激元人工光合則可能成為這兩個領域最前沿的發(fā)展方向之一。越來越多的組織、機構和大學院�？赡軙�看到這一領域的好處，而這將有助于推動該研究領域的進步。如果我們能夠實現(xiàn)絕對的碳中和，那么我們將能夠以較低的成本提供可再生能源，這意味著我們將可以在無需舍棄太多工業(yè)成就的情況下，迎來新一輪能源革命。
 
與Thomawes Bacquart博士的對話
 
問：您在英國國家物理實驗室的研究目標有哪些？
答：英國國家物理實驗室作為英國國家測量基準研究中心，負責國家主要測量標準的制定和維護工作。憑借過硬的科學知識和工程技術，NPL提供的測量能力為英國的經濟繁榮和生活質量提供了支撐。目前我的主要工作是制定關于氫氣質量和氣體檢測的主要標準，這對支持新興的氫氣經濟是必不可少的。我們從事跨領域的研究活動，支持包括儀器驗證、氣體標準、能力測試、采樣或咨詢等在內的整體氣體分析組合。
 
問：您所從事的研究將如何造福社會，讓社會朝著更可持續(xù)的生活方式邁進？
答：我們的主要研究目標是為氫氣解決方案的部署提供支持。我們認為，了解氫氣的質量對于開發(fā)最有效和最可靠的解決方案至關重要。此外，我們重視測量精度，這是確保決策者們支持合適解決方案的關鍵。隨著氫氣行業(yè)的發(fā)展壯大，圍繞氫氣網絡、凈化、工業(yè)用氫氣質量和新型制氫技術等方面涌現(xiàn)了許多令人振奮的全新研究課題。目前，我們主要關注氫氣運輸領域，因為污染物會對燃料電池電動汽車造成較大影響。
 
問：能否請您解釋一下，為什么說氫氣是能源領域實現(xiàn)零碳排放的關鍵？
答：氫氣是一種能源載體——生產氫氣的方法有多種，在我們的工作中，間接獲得的可再生能源非常重要。能源可以通過電解轉化為氫，氣態(tài)氫可以被長期儲存或遠距離運輸。因此，我們可以在合適的時間和合適的地點將這種綠色能源送達終端用戶，而氫氣在可再生能源生產和使用之間架起了橋梁。氫氣可以用來為電動汽車提供動力（使用燃料電池）、替代備用發(fā)電燃料（目前是柴油）或者用來取代天然氣進行供暖，而且以上應用均不會產生排放。這種能源具備的優(yōu)勢可以帶來較大有利影響，因為氫氣可以輕松地為那些難以實現(xiàn)零碳排放的領域提供支持。
 
問：氣體標準和分析方法的發(fā)展是如何確保所供氫氣質量良好以實現(xiàn)能源轉型？
答：氫燃料質量對于確保氫燃料電池電動車的耐用性至關重要，因為一些污染物可能會對這些車輛的使用壽命或性能造成嚴重影響。與任何其他燃料一樣，確保為客戶提供合適的質量十分重要。我們制定的所有氣體標準和分析方法確保實驗室能夠開展測量工作，從而增強人們對車輛耐用性和性能的信心。在此階段，擁有清潔的氫氣以及車輛具備出色的性能至關重要。
 
問：您使用了哪些安捷倫儀器來支持您在該領域的研究，為什么？
答：在NPL，我們使用多款安捷倫儀器對氫氣質量進行檢測。例如我們使用三臺配備各種檢測器的氣相色譜儀（一臺硫化學發(fā)光檢測器（SCD）、一臺熱導檢測器（TCD）和一臺脈沖放電氦離子化檢測器（PDHID），用于精確測量多個與氫燃料有關的關鍵參數（例如，總硫量、氧、氮、氬、氦或一氧化碳、二氧化碳或甲烷等）。這些儀器通過實現(xiàn)化合物的分離和較低的檢測限度，為我們的相關研究提供了支持。
 
問：您如何看待這一研究領域未來的發(fā)展前景，這可能會對其他行業(yè)乃至整個社會產生什么樣的影響？
答：這一領域的研究正以驚人的速度發(fā)展，隨之而來的是加氫站數量迅速增加，同時氫氣產量也大幅增加。業(yè)界也日益意識到，有必要了解氫氣質量（如增加檢測次數及提升檢測能力）、氫氣作為一種能源載體及其支持新應用（如渦輪機、鍋爐）的潛力以及需要脫碳的新產業(yè)（如鋼鐵、陶瓷）。因此，在檢測方面出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，所以有必要為這一領域的研究提供支持，以幫助社會向更可持續(xù)的生活方式過渡。
 
 
尾聲 
實施可持續(xù)能源解決方案是確保全球眾多組織能夠實現(xiàn)其既定目標的關鍵，并將在未來幾年徹底改變社會生活方式，使之變得更加美好。各企業(yè)和政府組織都有責任實施切實可行和可持續(xù)的能源解決方案，以保持和改善人類健康。
 
安捷倫的客戶在替代能源領域的投入可促使人們實現(xiàn)更健康的生活方式，而這將有助于保護環(huán)境和生物多樣性。通過專注于相關研究以及為該領域的工作提供支持以促進技術進步，生命科學行業(yè)將會發(fā)揮更為廣泛的作用，確保我們的社會變得更加可持續(xù)。顯而易見，在世界各地研究機構的幫助下，我們正在朝著全球可持續(xù)發(fā)展目標穩(wěn)步前行。
 
 
關于安捷倫科技
安捷倫科技公司（紐約證交所：A）是生命科學、診斷和應用化學市場領域的全球領導者，致力于提供敏銳洞察與創(chuàng)新，幫助提高生活質量。我們的儀器、軟件、服務、解決方案和專家能夠為客戶最具挑戰(zhàn)性的難題提供更可靠的答案。在 2021 財年，安捷倫的營業(yè)收入為 63.2億美元，全球員工數為 17000 人。如需了解安捷倫公司的詳細信息，請訪問www.agilent.com。